一种脱硝反应炉的热量循环装置
技术领域
本实用新型涉及氮氧化物气体脱硝技术领域，尤其涉及一种脱硝反应炉的热量循环装置。
背景技术
烟气中试性能检测系统涉及的设备包括燃烧炉、脱硝反应炉和换热器，可以根据电厂的不同工况要求，通过燃烧炉对实际的烟气条件进行模拟，模拟产生的烟气通过换热器冷却到合适的温度后，用风机导入到脱硝反应炉中，利用催化剂和额外加入的氨气对烟气进行催化反应，将烟气中的氮氧化物转化为氮气和水，从而对不同种类的新鲜催化剂、电厂在用催化剂、失活催化剂进行性能评价，为电厂烟气处理设备的加装、换装提供技术支持。
燃烧炉中的主要反应公式为：
模拟产生的烟气主要包括氮氧化物、二氧化碳和水蒸气。
脱硝反应炉排出的气体和模拟产生的烟气都需要冷却到合适的温度才能进入下一个作业，其中大量的热量被浪费掉；脱硝催化反应中需要保持300℃到450℃左右的反应温度，而且加入的常温氨气数量较多，对温度影响较大，脱硝反应炉中的PID温度控制系统需要耗费较多的电能才能保持反应温度。
实用新型内容
针对现有技术方案中热量浪费且脱硝反应炉电能消耗大的问题，本实用新型提供了一种脱硝反应炉的热量循环装置。
本实用新型提供如下的技术方案：一种脱硝反应炉的热量循环装置，包括燃烧炉、脱硝反应炉、水冷系统和预热系统；所述燃烧炉通过第一排气管连接到水冷系统，所述水冷系统通过第二排气管连接到脱硝反应炉；所述预热系统包括一级预热器和二级预热器，所述脱硝反应炉通过第三排气管连接到二级预热器，所述二级预热器通过第四排气管连接到水冷系统；所述二级预热器通过第一进气管连接到一级预热器，所述二级预热器和脱硝反应炉之间连接有第二进气管；所述一级预热器通过水管连接到水冷系统。
通过采用以上的技术方案，燃烧炉中产生的烟气即为模拟电厂实际产生的烟气，此烟气需要经水冷系统冷却到一定的温度才能导入脱硝反应炉中，混合从另一入口进入的氨气进行催化反应；脱硝反应炉排出的高温气体先经过二级预热器，再经过水冷系统进一步冷却后才能进入下一步作业。
氨气先通过预热系统再进入脱硝反应炉中，水冷系统将吸收的热能通过一级预热器传递给氨气，脱硝反应炉排出的高温气体通过二级预热器时将一部分热能传递给氨气，完成热量的循环再利用，减少了脱硝反应炉温控系统的电能消耗。水冷系统经过一级预热器后的水体内热量较低，可用在他处，比如进入厂区生产用水中。
作为一种具体实施方式，所述一级预热器包括壳体，所述壳体两端侧板的顶部分别设置有进水口和出水口，所述壳体两侧还设置有进气口和出气口，所述壳体内部进气口和出气口之间连接有螺旋状的导热管；所述壳体顶部设置有搅拌系统。
通过采用以上的技术方案，水冷系统中的热水通过进水口进入壳体中，氨气在螺旋状的导热管流动，热量通过导热管传递给其中的氨气，进行初步加热。导热管呈螺旋状，可以加大管道和热水的接触面积，同时延长了氨气通过导热管的时间，提高了换热系数。一级预热器结构简单有效，成本较低。
作为一种具体实施方式，所述搅拌系统包括电动机，所述电动机底部设置有安装架，所述安装架设置在所述壳体顶部；所述电动机还连接有转轴，所述转轴穿过安装板和壳体的顶板伸入壳体内部，所述转轴底部设置有叶轮。
通过采用以上的技术方案，搅拌系统可以让一级预热器中的热水流动起来，使热量分布均匀，提高换热效率。
优选地，所述转轴上还设置有限位轴承，所述限位轴承和壳体顶部内壁上连接有若干支撑杆。
通过采用以上的技术方案，所述限位轴承和支撑杆提高了转轴及叶轮的稳定性。
作为一种具体实施方式，所述二级预热器包括换热腔，所述换热腔两端分别连接有进气腔和出气腔，所述进气腔上设置有进气接头，所述出气腔上设置有出气接头；所述换热腔顶部靠近出气腔的一端设置有热气出口，所述换热腔底部靠近进气腔的一端设置有热气进口；所述进气腔和出气腔之间还连接有若干换热细管，所述换热吸管贯通换热腔两端侧板，且穿过换热腔内部；所述换热腔顶部设置有若干顶部阻流板，所述相邻的顶部阻流板之间、顶部阻流板和换热腔靠近出气腔一端的侧板之间均设置有底部阻流板，所述底部阻流板设置在换热腔的底部。
通过采用以上的技术方案，氨气从一级预热器出来后再进入二级换热器的进气腔，从换热细管中通过进入出气腔中，进行再次加热。脱硝反应炉排出的高温气体从热气进口进入换热腔内，在阻流板的阻挡下，在若干换热管的间隙中成S形流动，延长高温气体和换热管接触的时间。
优选地，所述顶部阻流板和底部阻流板将换热腔分割成数个等分，所述每个等分在轴向方向上的长度相等，所述顶部阻流板和底部阻流板的高度相等，且此高度与换热腔高度之比为1:2~2:3。
通过采用以上的技术方案，换热腔内每个等分的长度相等，可以稳定高温气体流动速度，使换热细管受热更加均匀。同时阻流板也具有热传导作用，变相增加了换热面积。
作为一种具体实施方式，所述水冷系统包括第一换热器、第二换热器和水泵；所述水泵通过冷水管分别连接到第一、第二换热器，所述第一、第二换热器通过热水管连接到一级预热器；所述第一换热器通过第一、第二排气管分别连接燃烧炉和脱硝反应炉，所述第二换热器通过第四排气管连接到二级预热器。
通过采用以上的技术方案，第一、第二换热器降低了燃烧炉和脱硝反应炉排出的气体温度，使其达到合适的作业温度，同时将热量回收，储存在热水中，供一级预热器对氨气进行初步加热。
优选地，所述第一、第二、第三、第四排气管和第一、第二进气管上均设置有引风机。
通过采用以上的技术方案，由于气体密度较小，易扩散，必须采用引风机才能有效将气体导入相应设备内。
本实用新型可以将燃烧炉和脱硝反应炉多余的热量进行转换和再利用，提高进行脱硝反应炉中氨气的温度，使其尽快达到脱硝催化反应需要的温度，减少了脱硝反应炉温度控制系统维持脱硝催化反应耗费的能源，从而降低了生产成本，也达到了节能减排的目的。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的设备连接示意图。
图2为本实用新型一级预热器一个实施例的剖面结构示意图。
图3为本实用新型二级预热器一个实施例的剖面结构示意图。
附图标记：1-燃烧炉，11-第一排气管，12-第二排气管，2-脱硝反应炉，21-第三排气管，3-一级预热器，31-第一进气管，32-壳体，33-进水口，34-出水口，35-进气口，36-出气口，37-导热管，38-搅拌装置，381-电动机，382-转轴，383-叶轮，384-限位轴承，4-二级预热器，41-第四排气管，42-第二进气管，401-换热腔，402-进气腔，403-出气腔，404-进气接头，405-出气接头，406-热气进口，407-热气出口，408-换热细管，409-顶部阻流板，410-底部阻流板，5-第一换热器，6-第二换热器，7-水泵，8-风机。
具体实施方式
以下结合附图及附图标记对本实用新型的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提供了如图1所示的一种脱硝反应炉的热量循环装置的实施例，包括燃烧炉1、脱硝反应炉2、水冷系统和预热系统；所述燃烧炉1通过第一排气管11连接到水冷系统，所述水冷系统通过第二排气管12连接到脱硝反应炉2；所述预热系统包括一级预热器3和二级预热器4，所述脱硝反应炉2通过第三排气管21连接到二级预热器4，所述二级预热器4通过第四排气管41连接到水冷系统；所述二级预热器4通过第一进气管31连接到一级预热器3，所述二级预热器4和脱硝反应炉2之间连接有第二进气管42；所述一级预热器3通过水管连接到水冷系统。
所述燃烧炉中产生的烟气可模拟电厂实际产生的烟气，主要包括氮氧化物、二氧化碳和水蒸气，还包括少量的二氧化硫。此烟气温度在400℃~500℃，经水冷系统冷却到250℃~300℃后导入到脱硝反应炉中。常温氨气被风机压入一级预热器后进行初步加热，再进入二级预热器中进行再次加热，再压入脱硝反应炉，与燃烧炉烟气混合均匀后进行脱硝催化反应。
脱硝反应炉产生的气体的温度在250℃~450℃，此气体导入到二级预热器中，对氨气进行再次加热，由于温度较高，可将氨气加热到150℃~300℃，完成热量的回收利用，减少了脱硝反应炉温度控制系统的电能消耗。在二级预热器进行热交换后，脱硝反应炉产生的气体还需要经水冷系统进行冷却到常温，才能进入下一步作业。
将水冷系统得到的热水导入到一级预热器内，可将常温氨气初步加热到60℃~70℃，使水冷系统里的热量得到再次利用。热水失去大部分热量后，可重复利用，或者进入生产流程中。
所述脱硝反应炉和燃烧炉均为现有技术，不作赘述。所述第一、第二、第三和第四排气管以及第一、第二进气管均可选择玻璃钢材料，耐腐蚀耐高温，绝热性能好。
如图2所示，作为一种具体实施方式，所述一级预热器3包括壳体32，所述壳体32两端侧板的顶部分别设置有进水口33和出水口34，所述壳体两侧还设置有进气口35和出气口36，所述壳体32内部进气口和出气口之间连接有螺旋状的导热管37；所述壳体32顶部设置有搅拌系统38。
水冷系统中的热水通过进水口进入壳体中，从出水口排出；氨气通过进气口进入，在螺旋状的导热管流动，最后从出气口排出；热量通过导热管传递给其中的氨气，进行初步加热。导热管呈螺旋状，可以加大管道和热水的接触面积，同时延长了氨气通过导热管的时间，提高了传热系数。
所述壳体、进气口、出气口、进水口和出水口可选择玻璃钢材料制作，耐腐蚀且绝热性能好，所述导热管可选择90Cu-10Ni铜镍合金，耐腐蚀，导热系数高。
作为一种具体实施方式，所述搅拌系统38包括电动机381，所述电动机381底部设置有安装架，所述安装架设置在所述壳体顶部；所述电动机381还连接有转轴382，所述转轴382穿过安装板和壳体32的顶板伸入壳体32内部，所述转轴382底部设置有叶轮383。
所述电动机带动转轴及叶轮进行低速转动，可以让一级预热器中的热水流动起来，使热量分布均匀，提高换热效率。所述电动机可选择低转速电动机，所述转轴、叶轮和安装架可选择不锈钢材料制作。
优选地，所述转轴382上还设置有限位轴承384，所述限位轴承384和壳体32顶部内壁上连接有若干支撑杆。
所述限位轴承和支撑杆可以提高转轴及叶轮的稳定性，可选择不锈钢材料制作。
如图3所示，作为一种具体实施方式，所述二级预热器4包括换热腔401，所述换热腔401两端分别连接有进气腔402和出气腔403，所述进气腔402上设置有进气接头404，所述出气腔403上设置有出气接头405；所述换热腔401顶部靠近出气腔403的一端设置有热气出口406，所述换热腔401底部靠近进气腔402的一端设置有热气进口407；所述进气腔402和出气腔403之间还连接有若干换热细管408，所述换热细管408贯通换热腔401两端侧板，且穿过换热腔401内部；所述换热腔401顶部设置有若干顶部阻流板409，所述相邻的顶部阻流板409之间、顶部阻流板409和换热腔401靠近出气腔403一端的侧板之间均设置有底部阻流板410，所述底部阻流板410设置在换热腔401的底部。
经过初步加热的氨气通过进气接头进入进气腔，再通过若干导热细管流通到出气腔内，最后通过出气口排出。脱硝反应炉排出的高温气体从热气接口进入换热腔内，顶部阻流板和底部阻流板迫使高温气体按S形路径多次横向通过若干导热细管的间隙，同时增加高温气体的湍流程度，提高传热系数，使导热细管升温，将热量传递给氨气。高温气体最后从热气出口排出。阻流板本身也增加了热交换的面积。
所述换热腔、进气腔和出气腔及附带的进、出气口可选择玻璃钢材料制作，具有耐腐蚀、绝热性能好的优点，所述导热细管和顶部、底部阻流板可选择90Cu-10Ni铜镍合金，耐腐蚀且导热系数高。
优选地，所述顶部阻流板409和底部阻流板410将换热腔分割成数个等分，所述每个等分在轴向方向上的长度相等，所述顶部阻流板409和底部阻流板410的高度相等，且此高度与换热腔401高度之比为1:2~2:3。
所述换热腔内被阻流板隔开的每个等分的长度相等，可以稳定高温气体流动速度，使换热细管受热更加均匀。阻流板的高度过高，则会降低气体的流动速度和流量，使处于气体流动方向后面的导热细管升温较慢；高度过低，则不能达到设置阻流板的目的。
作为一种具体实施方式，所述水冷系统包括第一换热器5、第二换热器6和水泵7；所述水泵7通过冷水管分别连接到第一、第二换热器，所述第一、第二换热器通过热水管连接到一级预热器3；所述第一换热器5通过第一、第二排气管分别连接燃烧炉1和脱硝反应炉2，所述第二换热器6通过第四排气管41连接到二级预热器4。
所述水泵将冷水压入换热器中，在换热器中完成热量转移。所述换热器的结构以及和水管、气体管道之间的连接属于现有技术，在此不作赘述。所述换热器和一级预热器之间可设置一定的高差，使换热器得到的热水可以在自身重力的作用下自流到一级预热器中。所述第一、第二换热器可选择板式换热器，所述冷、热水管可选择玻璃钢材料制作，也可选择外壁上包覆有隔热层的不锈钢管制作。
优选地，所述第一、第二、第三、第四排气管和第一、第二进气管上均设置有引风机8。
气体密度较小，易扩散，必须采用引风机才能有效将气体导入相应设备内。所述风机可选择低压鼓风机。
以上为本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
